IL PROBLEMA DEL PROGETTO

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1 IL PROBLEMA DEL PROGETTO La descrizione del problema, in genere, non indica direttamente il modo per ottenere il risultato voluto (il procedimento risolutivo) Occorrono metodologie per affrontare il problema del progetto in modo sistematico IL PROBLEMA DEL PROGETTO Due dimensioni progettuali: Programmazione in piccolo (in-the-small) Programmazione in grande (in-the-large) Principi cardine: procedere per livelli di astrazione garantire al programma strutturazione e modularità 1

2 METODOLOGIE DI PROGETTO METODOLOGIA TOP-DOWN Procede per decomposizione del problema in sotto-problemi, per passi di raffinamento successivi Si scompone il problema in sottoproblemi Si risolve ciascun sottoproblema con lo stesso metodo, fino a giungere a sottoproblemi risolubili con mosse elementari 2

3 METODOLOGIA BOTTOM-UP Procede per composizione di componenti e funzionalità elementari, fino alla sintesi dell intero algoritmo ( dal dettaglio all astratto ) IL PROBLEMA DEL PROGETTO Dunque, dato un problema non si deve iniziare subito a scrivere il programma. così si scrivono a fatica programmi semplici spesso sono errati, e non si sa perché nessuno capisce cosa è stato fatto (dopo un po, nemmeno l autore...) e necessario valutare la soluzione migliore tra tante e necessario scrivere programmi facilmente modificabili/estendibili 3

4 IL PROBLEMA DEL PROGETTO La specifica della soluzione e la fase di codifica sono concettualmente distinte due momenti distinti e tali devono restare anche in pratica! UN ESEMPIO Problema: Data una temperatura espressa in gradi Celsius, calcolare il corrispondente valore espresso in gradi Fahrenheit Approccio: si parte dal problema e dalle proprietà note sul dominio dei dati 4

5 UN ESEMPIO Problema: Data una temperatura espressa in gradi Celsius, calcolare il corrispondente valore espresso in gradi Fahrenheit Specifica della soluzione: Relazioni tra grandezze esistenti nello specifico dominio applicativo: c * 9/5 = f - 32 c = (f - 32) * 5/9 oppure f = 32 + c * 9/5 UN ESEMPIO L Algoritmo corrispondente: Dato c calcolare f sfruttando la relazione f = 32 + c * 9/5 SOLO A QUESTO PUNTO si sceglie un linguaggio si codifica l algoritmo in tale linguaggio 5

6 LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Il potere espressivo di un linguaggio è caratterizzato da: quali tipi di dati consente di rappresentare (direttamente o tramite definizione dell utente) quali istruzioni di controllo mette a disposizione (quali operazioni e in quale ordine di esecuzione) PROGRAMMA = DATI + CONTROLLO UN PO DI STORIA IL LINGUAGGIO C definito nel 1972 (AT&T Bell Labs) per sostituire l Assembler prima definizione precisa: Kernigham & Ritchie (1978) prima definizione ufficiale: ANSI (1983) 6

7 CARATTERISTICHE IL LINGUAGGIO C linguaggio sequenziale, imperativo, strutturato a blocchi usabile anche come linguaggio di sistema adatto a software di base, sistemi operativi, compilatori, ecc. portabile, efficiente, sintetico ma a volte poco leggibile... IL LINGUAGGIO C Basato su pochi concetti elementari dati (tipi primitivi, tipi di dato) espressioni dichiarazioni / definizioni funzioni istruzioni / blocchi 7

8 ESEMPIO: Un semplice programma Codifica in linguaggio C dell algoritmo che converte gradi Celsius in Fahrenheit main(){ float c, f; /* Celsius e Fahrenheit */ printf( Inserisci la temperatura da convertire ); scanf( %f, c); f = 32 + c * 9/5; printf( Temperatura Fahrenheit %f, f); } IL LINGUAGGIO C Un elaboratore è un manipolatore di simboli (segni) L'architettura fisica di ogni elaboratore è intrinsecamente capace di trattare vari domini di dati, detti tipi primitivi dominio dei numeri naturali e interi dominio dei numeri reali (con qualche approssimazione) dominio dei caratteri dominio delle stringhe di caratteri 8

9 TIPI DI DATO Il concetto di tipo di dato viene introdotto per raggiungere due obiettivi: esprimere in modo sintetico la loro rappresentazione in memoria, e un insieme di operazioni ammissibili permettere di effettuare controlli statici (al momento della compilazione) sulla correttezza del programma. TIPI DI DATO PRIMITIVI IN C caratteri char caratteri ASCII unsigned char Dimensione di int e unsigned int non fissa. Dipende dal compilatore interi con segno short (int) (16 bit) int??????? long (int) (32 bit) naturali (interi senza segno) unsigned short (int) (16 bit) unsigned (int)??????? unsigned long (int) (32 bit) 9

10 TIPI DI DATO PRIMITIVI IN C reali float singola precisione (32 bit) double doppia precisione (64 bit) boolean non esistono in C come tipo a sé stante si usano gli interi: zero indica FALSO ogni altro valore indica VERO convenzione: suggerito utilizzare uno per VERO interi (in varie basi di rappresentazione) reali COSTANTI DI TIPI PRIMITIVI base 2 byte 4 byte decimale , 12L ottale esadecimale 0xFF 0x11170 in doppia precisione E E-1 in singola precisione 24.0F 2.4E1F 240.0E-1F 10

11 caratteri COSTANTI DI TIPI PRIMITIVI singolo carattere racchiuso fra apici A C 6 caratteri speciali: \n \t \ \\ \" STRINGHE Una stringa è una sequenza di caratteri delimitata da virgolette "ciao" "Hello\n" In C le stringhe sono semplici sequenze di caratteri di cui l ultimo, sempre presente in modo implicito, è \0 "ciao" = { c, i, a, o, \0 } 11

12 ESPRESSIONI Il C è un linguaggio basato su espressioni Una espressione è una notazione che denota un valore mediante un processo di valutazione Una espressione può essere semplice o composta (tramite aggregazione di altre espressioni) ESPRESSIONI SEMPLICI Quali espressioni elementari? costanti A ciao... simboli di variabile x pippo pigreco. simboli di funzione f(x) concat( alfa, beta )... 12

13 OPERATORI ED ESPRESSIONI COMPOSTE Ogni linguaggio introduce un insieme di operatori che permettono di aggregare altre espressioni (operandi) per formare espressioni composte con riferimento a diversi domini / tipi di dato (numeri, testi, ecc.) Esempi 2 + f(x) 4 * 8-3 % 2 + arcsin(0.5) strlen(strcat(buf, alfa )) a && (b c)... CLASSIFICAZIONE DEGLI OPERATORI Due criteri di classificazione: in base al tipo degli operandi in base al numero degli operandi in base al tipo degli operandi aritmetici relazionali logici condizionali... in base al numero di operandi unari binari ternari... 13

14 OPERATORI ARITMETICI operazione operatore C inversione di segno unario - somma binario + differenza binario - moltiplicazione binario * divisione fra interi binario / divisione fra reali binario / modulo (fra interi) binario % NB: la divisione a/b è fra interi se sia a sia b sono interi, è fra reali in tutti gli altri casi OPERATORI: OVERLOADING In C (come in Pascal, Fortran e molti altri linguaggi) operazioni primitive associate a tipi diversi possono essere denotate con lo stesso simbolo (ad esempio, le operazioni aritmetiche su reali o interi). In realtà l operazione è diversa e può produrre risultati diversi. int X,Y; se X = 10 e Y = 4; X/Y vale 2 int X; float Y; se X = 10 e Y = 4.0; X/Y vale 2.5 float X,Y; se X = 10.0 e Y = 4.0; X/Y vale

15 CONVERSIONI DI TIPO In C è possibile combinare tra di loro operandi di tipo diverso: espressioni omogenee: tutti gli operandi sono dello stesso tipo espressioni eterogenee: gli operandi sono di tipi diversi. Regola adottata in C: sono eseguibili le espressioni eterogenee in cui tutti i tipi referenziati risultano compatibili (cioè: dopo l applicazione della regola automatica di conversione implicita di tipo del C risultano omogenei ). CONVERSIONI DI TIPO Data una espressione x op y. 1. Ogni variabile di tipo char o short viene convertita nel tipo int; 2. Se dopo l esecuzione del passo 1 l'espressione è ancora eterogenea, rispetto alla seguente gerarchia int < long < float < double < long double si converte temporaneamente l'operando di tipo inferiore al tipo superiore (promotion); 3. A questo punto l'espressione è omogenea e viene eseguita l'operazione specificata. Il risultato è di tipo uguale a quello prodotto dall'operatore effettivamente eseguito. (In caso di overloading, quello più alto gerarchicamente). 15

16 CONVERSIONI DI TIPO int x; char y; double r; (x+y) / r La valutazione dell espressione procede da sinistra verso destra Passo 1: (x+y) y viene convertito nell intero corrispondente viene applicata la somma tra interi risultato intero tmp Passo 2 tmp / r tmp viene convertito nel double corrispondente viene applicata la divisione tra reali risultato reale OPERATORI RELAZIONALI Sono tutti operatori binari: relazione C uguaglianza == diversità!= maggiore di > minore di < maggiore o uguale a >= minore o uguale a <= 16

17 OPERATORI RELAZIONALI Attenzione: non esistendo il tipo boolean, in C le espressioni relazionali denotano un valore intero 0 denota falso (condizione non verificata) 1 denota vero (condizione verificata) OPERATORI LOGICI connettivo logico operatore C not (negazione) unario! and binario && or binario Anche le espressioni logiche denotano un valore intero da interpretare come vero (1) o falso (0) 17

18 OPERATORI LOGICI Anche qui sono possibili espressioni miste, utili in casi specifici 5 && !5 Valutazione in corto-circuito la valutazione dell espressione cessa appena si è in grado di determinare il risultato il secondo operando è valutato solo se necessario VALUTAZIONE IN CORTO CIRCUITO 22 x già vera in partenza perché 22 è vero 0 && x già falsa in partenza perché 0 è falso a && b && c se a&&b è falso, il secondo && non viene neanche valutato a b c se a b è vero, il secondo non viene neanche valutato 18

19 ESPRESSIONI CONDIZIONALI Una espressione condizionale è introdotta dall operatore ternario condiz? espr1 : espr2 L espressione denota: o il valore denotato da espr1 o quello denotato da espr2 in base al valore della espressione condiz se condiz è vera, l espressione nel suo complesso denota il valore denotato da espr1 se condiz è falsa, l espressione nel suo complesso denota il valore denotato da espr2 ESPRESSIONI CONDIZIONALI: ESEMPI 3? 10 : 20 denota sempre 10 (3 è sempre vera) x? 10 : 20 denota 10 se x è vera (diversa da 0), oppure 20 se x è falsa (uguale a 0) (x>y)? x : y denota il maggiore fra x e y 19

20 ESPRESSIONI CONCATENATE Una espressione concatenata è introdotta dall operatore di concatenazione (la virgola) espr1, espr2,, esprn tutte le espressioni vengono valutate (da sinistra a destra) l espressione esprime il valore denotato da esprn Supponiamo che i valga 5 k valga 7 Allora l espressione: i + 1, k - 4 denota il valore denotato da k-4, cioè 3. OPERATORI INFISSI, PREFISSI E POSTFISSI Le espressioni composte sono strutture formate da operatori applicati a uno o più operandi Ma.. dove posizionare l operatore rispetto ai suoi operandi? 20

21 OPERATORI INFISSI, PREFISSI E POSTFISSI Tre possibili scelte: prima notazione prefissa Esempio: dopo notazione postfissa Esempio: in mezzo notazione infissa Esempio: E quella a cui siamo abituati, perciò è adottata anche in C. OPERATORI INFISSI, PREFISSI E POSTFISSI Le notazioni prefissa e postfissa non hanno problemi di priorità e/o associatività degli operatori non c è mai dubbio su quale operatore vada applicato a quali operandi La notazione infissa richiede regole di priorità e associatività per identificare univocamente quale operatore sia applicato a quali operandi 21

22 OPERATORI INFISSI, PREFISSI E POSTFISSI Notazione prefissa: * si legge come (4 + 5) * 6 denota quindi 54 Notazione postfissa: * si legge come 4 * (5 + 6) denota quindi 44 PRIORITA DEGLI OPERATORI PRIORITÀ: specifica l ordine di valutazione degli operatori quando in una espressione compaiono operatori (infissi) diversi Esempio: * 20 si legge come 3 + (10 * 20) perché l operatore * è più prioritario di + NB: operatori diversi possono comunque avere egual priorità 22

23 ASSOCIATIVITA DEGLI OPERATORI ASSOCIATIVITÀ: specifica l ordine di valutazione degli operatori quando in una espressione compaiono operatori (infissi) di egual priorità Un operatore può quindi essere associativo a sinistra o associativo a destra Esempio: si legge come (3-10) + 8 perché gli operatori - e + sono equiprioritari e associativi a sinistra PRIORITA e ASSOCIATIVITA Priorità e associatività predefinite possono essere alterate mediante l uso di parentesi Esempio: (3 + 10) * 20 denota 260 (anziché 203) Esempio: 30 - (10 + 8) denota 12 (anziché 28) 23

24 RIASSUNTO OPERATORI DEL C Priorità Operatore Simbolo Associatività 1 (max) chiamate a () a sinistra funzione selezioni [] ->. 2 operatori unari: a destra op. negazione! ~ op. aritmetici unari + - op. incr. / decr op. indir. e deref. & * op. sizeof sizeof 3 op. moltiplicativi * / % a sinistra 4 op. additivi + - a sinistra RIASSUNTO OPERATORI DEL C Priorità Operatore Simbolo Associatività 5 op. di shift >> << a sinistra 6 op. relazionali < <= > >= a sinistra 7 op. uguaglianza ==!= a sinistra 8 op. di AND bit a bit & a sinistra 9 op. di XOR bit a bit ^ a sinistra 10 op. di OR bit a bit a sinistra 11 op. di AND logico && a sinistra 12 op. di OR logico a sinistra 13 op. condizionale?...: a destra 14 op. assegnamento e sue varianti = += -= *= /= %= &= ^= = <<= >>= a destra 15 (min) op. concatenazione, a sinistra 24